Zwaartekrachtgolfdetector Lisa officieel aangenomen als ESA-ruimtemissie

De Europese ruimtevaartorganisatie (Esa) heeft de Laser Interferometer Space Antenna (Lisa) aangenomen als large class-missie. Nederland speelt een grote rol in de ontwikkeling van de ruimtedetector die zwaartekrachtgolven meet. De lancering staat gepland voor 2035.

Lisa bestaat uit drie ruimtevaartuigen die in een baan om de zon draaien, achter de aarde aan. Ze detecteren zwaartekrachtgolven vanuit verschillende bronnen in het heelal door continu hun onderlinge afstanden te meten met laserstralen. Dat zijn rimpelingen in de structuur van de ruimte, gecreëerd door exotische kosmische gebeurtenissen – zoals botsende zwarte gaten of de oerknal – vergelijkbaar met een olietanker die golven in de oceaan creëert. Als allereerste ruimtedetector voor zwaartekrachtgolven wordt Lisa Esa’s derde L-klasse missie, wat Europa de wereldleider op dit gebied maakt.

Lisa strekt haar armen met 2,5 miljoen kilometer veel verder uit dan gronddetectoren ooit zullen doen. Daarmee is ze ontvankelijk voor langere golflengtes vanaf grotere ruimteobjecten. Het stelt Lisa in staat om voor het eerst te ‘luisteren’ naar bijvoorbeeld de oerknal of baby-zwarte gaten uit het vroege heelal. Of naar de chaotische paden die sterren bewandelen als ze worden opgeslokt in de complexe geometrie rond een superzwaar zwart gat, als een praktijkexamen van Einsteins Algemene Relativiteitstheorie.

Elena Maria Rossi van de Universiteit Leiden: “We stappen een totaal nieuw wetenschapsveld binnen. Gronddetectoren laten ons al luisteren naar het nabije heelal. Lisa geeft ons gehoor op veel lagere frequenties zodat we voor het eerst de grootste en verste gebeurtenissen in het universum kunnen horen.”

Nederlandse bijdragen

Een Nederlands consortium van SRON, Nikhef, Radboud, Universiteit Leiden, UvA, Universiteit Utrecht, TNO, Universiteit Maastricht en Rug heeft in 2023 een NWO Roadmap-beurs ontvangen, om onder leiding van SRON te werken aan de Nederlandse hardware-bijdrage. Ze bouwen de fotodiodes (Lisa’s ‘ogen’), software, het richtmechanisme en de bijbehorende uitleeselektronica op de grens van wat technologisch mogelijk is.

Het richten luistert buitengewoon nauw omdat elke laser een lens moet raken op 2,5 miljoen kilometer afstand. Licht doet daar acht seconden over.

De fotodiodes hebben het niet veel gemakkelijker. Zij moeten de laserstralen detecteren van oorspronkelijk 1 Watt, die na hun reis zijn afgezwakt tot 250 picoWatt, dus ruim een miljard keer zwakker.

De ontwikkeling van de software is een synergie tussen engineers, wetenschappers en data scientists. De software moet onderscheid maken tussen de veelvoud aan zwaartekrachtgolven vanuit alle mogelijke richtingen die de ruimtevaartuigen continu aan het trillen brengen op verschillende frequenties en amplitudes.

Mission adoption

Binnen de levenscyclus van een Esa-missie is de Mission Adoption Review het formele einde van de onderzoeksfase, waarin de specificaties in het ontwerp van de detector worden vastgesteld en de gereedheid van de technologie wordt beoordeeld. Na Lisa’s succesvolle Mission Adoption Review heeft Esa’s Science Programme Committee nu de overgang goedgekeurd van de onderzoeksfase naar de implementatiefase. Deze stap heet Mission Adoption. De implementatiefase duurt vanaf nu tot de lancering rond 2035.